活塞式气动马达的输出特性分析

　1.现有配气系统结构

　　气动马达基本气路是保证绞车正常运转的基本条件，即能够保证绞车完成提升、下降、停止和制动基本动作。结合实际工况，设计时将气动绞车的控制系统分换向气

　　路和制动控制气路两个部分，换向气路主要控制马达的起升和下降，制动控制气路提高马达的安全使用性能。

　　气动绞车马达控制气路如图所示，主要由供气阀、换向阀、分配阀和气动三联件等主要部分组成。现有的绞车控制气路仅能完成绞车的起升和下降基本动作，没有马达的过载保护和急停保护。

　　打开气源开关，压缩空气经管道经过空气过滤器 9 干燥和油雾器 1 润滑，到达供

　　气阀内。换向阀 3 是一个三位四通阀，其阀芯与控制绞车正反转的操作手柄相连，通过它可实现对绞车工作的控制。转动换向阀3 手柄触及供气阀2并打开，进入配气阀的主气源经过供气阀2、换向阀3 的主气道，由分配阀4按指定时序相位向马达特定气缸供气，在经过供气阀的主气源处，将高压气体引出到马达刹车气缸7，气缸中的活塞带动刹车片松开刹车毂，从而高压气体推动马达的活塞曲柄连杆机构运动。

　　马达配气阀主要由供气阀、换向阀、分配阀和操作手柄等主要结构组成，如下图

　　所示。向一侧转动操作手柄，进入供气阀的压缩空气经由换向阀进入分配阀，压

　　缩空气依次按照配气相位顺时针分别配送至圆周均布的各个气缸内，由于压缩空气作用在活塞顶端，活塞在气体压力作用下推动连杆和曲轴运动，当活塞被推至下止点时,分配阀阀芯同时也转至一次排气位置，压缩气体从气缸经过分配阀阀芯的排气孔自由膨胀排出缸外;随着活塞的向上运动，活塞缸内的剩余气体被压缩，再由换向阀阀芯的排气孔强制排出，经过压缩气体的往复循环作用，使马达连续转动。气动马达反转时，向另一侧转动操作手柄，压缩空气依次按照时序逆时针分别送入周围各气缸中，依次推动活塞运动，曲轴实现反转。

　　2.现有马达的工作特性

　　在气动马达结构尺寸和配气阀的配气相位不变的前提下，即气缸内径D=135mm，曲轴半径r=38.3mm，连杆长度l=168mm。分配阀的阀芯结构如图2所示，阀芯直径d1

　　=70mm，气道直径d2=28mm，扇形口宽度分别为h1=22mm,h2=36mm，阀芯与

　　曲轴之间为销轴连接，阀芯的圆周面上布有油口，与铜套之间为油膜密封。

　　现有配气阀芯的配气相位如图3所示，在马达工作过程中保持气源压力不变，每一个进气压力值都对应一条速度特性曲线，由额定的最大进气压力决定气动马达各

　　转速对应的最大功率和最大转矩，直接决定气动绞车的最大输出扭矩和有效功率。

　　设定马达的进气压力P1分别为0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa，马达结构和配气相位

　　参数不变，改变马达转速测得气动马达速度特性曲线如图4 所示。由图(a、b

　　和c)可知，随着进气压力的增大，在对应转速下马达的输出扭矩和有效功率均逐

　　渐增大，最大输出有效功率为8.2k W，最大输出有效扭矩为37.1N·m。气动马达的

　　输出扭矩随马达转速的升高持续下降，下降幅度越来越小，输出扭矩变化范围较大，具有低转速高扭矩，且随转速变化较大。在不同的进气压力条件下，马达的输出有效功率呈先增后减趋势，马达输出最大功率出现在转速n=300~400r/min，马达可用的输出转速范围较窄，一般为100r/min～800r/min。

　　缸径D=120mm 的气动马达，当进气压力为0.6MPa时，最大有效功率p=16k W，最大输出扭矩M=45N·m，马达输出有效速度范围为100r/min～1500r/min，且输出最大功率出现在转速n=1200r/min。根据马达的配气结构和配气相位，出现上述差距的主要原因有:

　　1)马达配气阀的配气相位，相位角与活塞的工作过程不对应，马达气缸未在正确的时刻与外界进行气体交换;

　　2)马达配气阀的结构，现有配气阀的进气截面和阀芯直径较小，配气相位对应的阀芯弧长较短，阀芯阀体之间漏气严重，使得单位转速内马达的进气量较小，输出扭矩和功率较低;

　　3)马达的曲轴连杆结构尺寸，有曲轴、连杆和活塞组成的曲柄滑块机构未能

　　将压缩气体的压力能完全转化为机械能输出